JP3189911B2

JP3189911B2 - 鋳型成形用砂組成物

Info

Publication number: JP3189911B2
Application number: JP22068092A
Authority: JP
Inventors: 一彦木内; 茂夫仲井; 田中　　勉; 雅之加藤
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 1992-07-27
Filing date: 1992-07-27
Publication date: 2001-07-16
Anticipated expiration: 2016-07-16
Also published as: JPH0639484A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、再生砂を使用した鋳型
成形用砂組成物に関し、特に鋳物製造時に有害な分解生
成物が放出しにくく且つ得られた鋳物にガス欠陥が生じ
にくい鋳型を得ることができる鋳型成形用砂組成物に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、鋳型の作製は、砂の有効利用
の観点から以下の如き方法が採用されている。即ち、使
用済みの鋳型から砂を採取し、この砂の表面に付着した
結合剤等を除去して再生砂とする。そして、この再生砂
に若干量の新砂を添加し、更に結合剤及びこの結合剤を
硬化するための触媒を添加して、鋳型を作製している。
この際、使用される再生砂は、その表面に結合剤等の付
着量の少ないものでなければならない。何故なら、結合
剤等の付着量の多いものを使用して鋳型を得ると、鋳物
製造時に再生砂に付着している結合剤等が有害な分解生
成物を放出して、作業環境が悪化するということがある
からである。また、再生砂に付着している結合剤等の成
分が、注湯時に溶湯に溶解し、溶湯が冷却するときに溶
解した成分が気泡となるため、得られる鋳物にガス欠陥
等が生じるからである。

【０００３】このため、従来より、再生砂の表面に付着
している結合剤等の量を管理するため、ＬＯＩ管理が行
なわれている。ＬＯＩ管理は、砂に付着している有機物
質（主として結合剤及び結合剤を硬化するための触媒）
の量を管理するものであり、以下の如き方法で行なわれ
ている。即ち、サンプリングした再生砂を1000℃で2時
間程度焼いて、そのときの減量率を測定する管理方法で
ある。従って、減量率が少なければ少ないほど、砂に有
機物質が付着していないというものであり、この減量率
が常に一定重量以下となるように管理するのである。

【０００４】ところで、鋳型を作製する際に、従来より
結合剤としてフラン樹脂が使用され（特公昭39-1543号
公報等）、またフラン樹脂の硬化触媒としてリン化合物
（特開昭47-16324号公報）やスルホン酸系化合物（特開
昭53-30421号公報、特開昭59-113952号公報）が使用さ
れている。結合剤としてフラン樹脂を使用し、硬化触媒
としてベンゼンスルホン酸やトルエンスルホン酸等のス
ルホン酸系化合物を使用して鋳型を作製する際、前記し
たＬＯＩ管理を行なえば、再生砂の管理は比較的良好で
あった。即ち、硬化触媒としてスルホン酸系化合物を使
用した場合の欠点、主として鋳物製造時における分解生
成物の放出という欠点を良好に防止でき、好ましいもの
であった。ところが、結合剤としてフラン樹脂を使用
し、硬化触媒としてリン化合物を使用して鋳型を作製す
る際、前記したＬＯＩ管理を行なっても、再生砂の管理
は十分でなかった。即ち、硬化触媒としてリン化合物を
使用した場合の欠点、主として鋳物にガス欠陥が生じる
という欠点を有効に防止することができなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようなことから、
本発明者等は、リン化合物系硬化触媒を使用した場合、
何故ＬＯＩ管理を行なって鋳型を作製しても、得られる
鋳物にガス欠陥が生じるのかを検討した。その結果、Ｌ
ＯＩ管理は、再生砂中の有機物質の量を管理するだけで
あり、有機物質の種類を管理していないからであるとい
う結論に到った。即ち、鋳物表面にガス欠陥が生じるの
は、鋳型中に多量のリン又は窒素が含まれているからで
あるという結論に到った。そこで、本発明は、再生砂の
ＬＯＩ管理を行なうと共に、再生砂中に含有されている
リン又は窒素の量を管理しながら、鋳型を作製すること
により、得られる鋳物にガス欠陥等が生じにくいように
したものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、繰り返
し鋳型の作製に使用される再生砂と、酸硬化性フラン樹
脂からなる結合剤と、リン酸，縮合リン酸，リン酸エス
テル及びリン酸塩よりなる群から選ばれる１種又は２種
以上のリン化合物系硬化触媒とを含有し、該再生砂の灼
熱減量比率と新砂の灼熱減量比率の差は4.0 重量％以下
であり、且つ該再生砂中のリン含量が０．００８〜０．
５５重量％であることを特徴とする鋳型成形用砂組成物
に関するものである。

【０００７】本発明において使用される再生砂は、一度
使用された鋳型中の砂を機械的摩耗式又は焙焼式で再生
したものである。一般に、摩耗式で再生されたものが収
率も高く、経済的に優れているので好ましい。再生砂の
砂本体としては、石英質を主成分とする珪砂，クロマイ
ト砂，ジルコン砂，オリビン砂，アルミナサンド等が使
用される。現実に、再生砂を使用して鋳型を作製する際
には、100重量％の再生砂を使用することは稀で、若干
量の新砂が補充添加される。

【０００８】再生砂や新砂を結合して、得られる鋳型の
強度を十分なものとするために、結合剤として酸硬化性
フラン樹脂が使用される。フラン樹脂としては、従来公
知の各種のものが使用でき、例えばフルフリルアルコー
ル，フルフリルアルコール−尿素樹脂，フルフリルアル
コール−ホルムアルデヒド樹脂，フルフリルアルコール
−フェノール樹脂，フルフリルアルコール−レゾルシノ
ール樹脂，フルフリルアルコール−メラミン樹脂，フル
フリルアルコールポリマー等が単独で又は混合して使用
される。また、これらのフラン樹脂に各種変性剤を併用
添加してもよい。また、鋳型の強度をより向上させるた
めに、フラン樹脂にシランカップリング剤を添加しても
よい。シランカップリング剤としては、例えばγ-（2-
アミノ）アミノプロピレメチルジメトキシシラン，γ-
アミノプロピルトリメトキシシラン，γ-アミノプロピ
ルトリエトキシシラン，γ-グリシドキシプロピルトリ
メトキシシラン等が使用される。

【０００９】フラン樹脂の硬化を促進させるための硬化
触媒であるリン化合物としては、リン酸，縮合リン酸，
リン酸エステル，リン酸塩が単独で又は混合してして使
用される。リン酸エステルとしては、メチルリン酸又は
エチルリン酸が代表的であるが、その他のリン酸エステ
ルも使用しうる。また、リン酸塩としては、リン酸カリ
ウム又はリン酸水素カリウムが代表的であるが、その他
のリン酸塩も使用しうる。これらのリン化合物のみを硬
化触媒として使用してもよいが、他種の硬化触媒をリン
化合物と併用して使用してもよい。他種の硬化触媒とし
ては、メチルスルホン酸，エチルスルホン酸，ベンゼン
スルホン酸，トルエンスルホン酸，キシレンスルホン酸
等のアルキル若しくはアリールスルホン酸、カルボン酸
等の有機酸、硫酸，塩酸，硝酸等の無機酸等が使用され
る。なお、他種の硬化触媒の使用量は、所望の硬化時間
に合わせて適宜調整される。

【００１０】本発明において重要なことは、まず前記し
た再生砂の灼熱減量比率を以下のとおり調整することで
ある。即ち、再生砂の灼熱減量比率と新砂の灼熱減量比
率との差を4.0重量％以下に調整することである。ここ
で、再生砂の灼熱減量比率のみを調整するだけでなく、
新砂の灼熱減量比率との差を調整するのは、再生砂に付
着している有機物質の量を正確に測定するためである。
即ち、再生砂の灼熱減量比率のみを調整したのでは、砂
中に固有に含有されている有機物質が減量比率中に含ま
れてしまうためである。再生砂の灼熱減量比率と新砂の
灼熱減量比率の差が4.0重量％を超えると、鋳型からの
ガスの発生が増大し、得られる鋳物にピンホール等のガ
ス欠陥が生じやすくなるため、好ましくない。

【００１１】再生砂の灼熱減量比率及び新砂の灼熱減量
比率は、以下のようにして測定される。まず、灼熱減量
比率の測定に使用する坩堝の重量（ｋ）を正確に測定す
る。一方、被試験砂（再生砂又は新砂）を105℃で1時間
乾燥した後、被試験砂約10.0gr採取し、その被試験砂の
重量（ｗ₀）を正確に秤量する。この被試験砂を坩堝に
入れて、1000℃のマッフル炉にて2時間爆熱させた後、
坩堝を取り出して室温まで冷却し、その後乾燥用デシケ
ーターで保存する。そして、被試験砂を坩堝に入れたま
ま、その重量（ｋ＋ｗ₁）を正確に秤量する。この重量
から坩堝の重量（ｋ）を差し引くと、灼熱後の被試験砂
の重量（ｗ₁）が測定できる。そして、［（ｗ₁−ｗ₀）
／ｗ₁］×100なる式で灼熱減量比率（重量％）を求め
る。この灼熱減量比率を再生砂と新砂について求め、そ
の差が4.0重量％以下となるようにするのである。

【００１２】また、本発明においては、再生砂と新砂と
の灼熱減量比率の差を４．０重量％以下にすると共に、
再生砂中のリン含量を０．００８〜０．５５重量％にす
る必要がある。再生砂中のリン含量が０．５５重量％を
超えると、得られる鋳型と溶湯との界面で反応が起こっ
てリン化鉄を生成し、鋳物表面にあばた状の欠陥が生じ
るので、好ましくない。逆に、リン含量を０．００８重
量％未満にするには、再生を何度も繰り返したり又は強
力な再生方法を用いなければならず、経済的でない。な
お、再生砂中のリン含量の測定方法は、以下のとおりで
ある。即ち、再生砂を１５０メッシュ以下に微粉砕した
ものを試料とし、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ発光分析）
にて測定するという方法である。また、好ましくは、窒
素含量を更に０．００４〜０．２２重量％にすることで
ある。窒素含量が０．２２重量％を超えると、溶湯が鋳
型中に充満してゆく過程において、再生砂中のアンモニ
ウム化合物（ＮＨ_x）が溶湯に溶解し、溶湯が凝固する
際に窒素ガスとして外部に放出され、その軌跡として鋳
物にピンホールが発生しやすくなる傾向が生じる。逆
に、窒素含量を０．００４重量％未満にするには、再生
を何度も繰り返したり又は強力な再生方法を用いなけれ
ばならず、経済的でない。なお、再生砂中の窒素含量の
測定方法は、以下のとおりである。即ち、再生砂を１５
０メッシュ以下に微粉砕したものを試料とし、ケルダー
ル窒素分析法にて測定するという方法である。従って、
本発明においては、再生砂と新砂との灼熱減量比率の差
を４．０重量％以下にすると共に、再生砂中のリン含量
を０．００８〜０．５５重量％にすれば良いのである
が、特に再生砂中のリン含量を０．００８〜０．５５重
量％にし、且つ再生砂中の窒素含量を０．００４〜０．
２２重量％にするのが好ましい。このように調整する
と、得られる鋳物には、あばた状欠陥やピンホール等が
より発生しにくくなるのである。

【００１３】以上のように、再生砂に付着している有機
物質の量を低減させ、且つリンや窒素含量を低減させる
には、結合剤であるフラン樹脂としてリンや窒素の含有
量の少ないものを採用したり、或いは硬化触媒であるリ
ン化合物としてリンや窒素含有量の少ないものを採用す
るのが好ましい。また、再生を数回繰り返すことも好ま
しいものである。再生を数回繰り返すには、一台の再生
機を使用する場合には2パス以上再生を行ない、数台の
再生機を使用する場合には、それを直列に連結して再生
を行なうのが一般的である。

【００１４】

【実施例】実施例１再生砂１００重量部に対して、窒素含量が１．０重量％
であるフラン樹脂を０．８重量部、８５重量％濃度のリ
ン酸を０．３６重量部添加して混練し、鋳型成形用砂組
成物を得た。なお、この再生砂は、新砂若しくは再生
砂、フラン樹脂及びリン化合物系硬化触媒を用いて作製
した鋳型から回収した砂を、クラッシャーにかけ、日本
鋳造株式会社製Ｍ型ロータリーリクレマーを用いて再生
したものであり、表１に記載した灼熱減量比率（ＬＯ
Ｉ），窒素含量及びリン含量となるように、ロータリク
レマーに所望の回数通したものである。この鋳型成形用
砂組成物を使用して、大同式ドーナツ型試験鋳型を作製
した。このドーナツ型試験鋳型の形状は、図１及び図２
に示した形状であり、中空円状のドーナツ上に４０ｍｍ
φのゲート１と９０ｍｍφのライザー２が取り付けられ
てなるものである。

【００１５】そして、ドーナツ型試験鋳型に溶湯を注湯
して、鋳物を得た。得られた鋳物を用いて、液体浸透探
傷法で鋳物表面のガス欠陥の個数（鋳物一個当たりの）
を測定し、その結果を表１に示した。なお、液体浸透探
傷法の概要は、以下のとおりである。 1)前処理：鋳物表面を洗浄する。 2)浸透処理：鋳物表面に浸透液をスプレー法で塗布
し、十分に濡らす。 3)洗浄処理：浸透処理後20分経過したあと、洗浄液に
よってガス欠陥表面以外の表面に付着している余剰の浸
透液を除去する。 4)現像処理：洗浄処理を終えた鋳物表面に現像液を塗
布して、ガス欠陥中に残留している浸透液を鋳物表面に
吸い出す。 5)観察：現像処理によってできた支持模様を目視
によって観察し、ガス欠陥の個数を測定する。

【００１６】

【表１】表１中、ＬＯＩとして表示した項目は、再生砂の灼熱減
量比率から新砂の灼熱減量比率を減算したものである。

【００１７】実施例２〜10 再生砂と新砂との灼熱減量比率の差（ＬＯＩ）、再生砂
中のリン含量及び再生砂中の窒素含量の各々を表１に記
載したとおりに変更した以外は、実施例１と同様の方法
で鋳型成形用砂組成物を得、実施例１と同様にして鋳物
を得て、ガス欠陥の個数を測定した。その結果を表１に
示した。

【００１８】比較例１再生砂１００重量部に対して、窒素含量が６．０重量％
であるフラン樹脂を０．８重量部、８５重量％濃度のリ
ン酸を０．３６重量部添加して混練し、鋳型成形用砂組
成物を得た。なお、この再生砂の再生方法は、実施例１
と同様の方法を採用し、灼熱減量比率（ＬＯＩ），窒素
含量及びリン含量は表１記載のとおりとした。この鋳型
成形用砂組成物を使用して、実施例１と同様の方法で鋳
物を得、この鋳物表面のガス欠陥の個数を実施例１と同
様の方法で測定した。その結果を表１に示した。

【００１９】比較例２〜10 再生砂と新砂との灼熱減量比率の差（ＬＯＩ）、再生砂
中のリン含量及び再生砂中の窒素含量の各々を表１に記
載したとおりに変更した以外は、比較例１と同様の方法
で鋳型成形用砂組成物を得、比較例１と同様にして鋳物
を得て、ガス欠陥の個数を測定した。その結果を表１に
示した。

【００２０】実施例11〜13及び比較例11 実施例１で得られた鋳型を使用して鋳物を得た後、この
鋳型を壊して砂を回収し、この砂を再生して再生砂を得
た。この再生砂について、再生砂と新砂との灼熱減量比
率の差（ＬＯＩ）、再生砂中のリン含量及び再生砂中の
窒素含量の各々を表２に示すように調整した。なお、砂
の再生方法は実施例１に記載したのと同様の方法で行な
い、再生回数は表２に示した。そして、この再生砂を使
用して、実施例１と同様の方法で鋳型成形用砂組成物を
得、実施例１と同様の方法で鋳物を得た。この鋳物表面
のガス欠陥の個数は、表２に示すとおりであった。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る鋳型
成形用砂組成物は、再生砂として、ある特定の灼熱減量
比率を持ち、且つある特定量のリン含量、及び場合によ
りある特定量の窒素含量を持つものを採用したものであ
る。従って、この鋳型成形用砂組成物を使用して得られ
た鋳型は、鋳型中に有機物質の含有量が非常に少なく、
またリン及び場合により窒素の含有量も少なく、この鋳
型によって鋳物を製造すれば、溶湯と鋳型の界面でリン
が反応してリン化鉄等を生成することを防止でき、及び
場合により溶湯中に窒素化合物が溶解することを防止し
うる。依って、得られた鋳物表面に、リン化鉄等による
あばた状欠陥を防止でき、更に溶湯中の窒素ガスが冷却
時に放出せしめられてピンホール等の欠陥が発生するの
を防止することも可能であり、表面の奇麗な鋳物が得ら
れるという効果を奏する。また、本発明に係る鋳型成形
用砂組成物は、フラン樹脂の硬化触媒として、スルホン
酸系化合物ではなくリン化合物を使用したので、この鋳
型成形用砂組成物を使用して得られた鋳型に溶湯を注い
でも、スルホン酸系硬化触媒の分解による有害物質を放
出することが少なく、鋳物製造時の作業環境が悪化する
のを防止しうるという効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で使用したドーナツ型試験鋳型の平面図
である。

【図２】図１で示したドーナツ型試験鋳型の側面図であ
る。

【表２】

フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−45057（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−22842（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−37240（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−53344（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−58948（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22C 1/00 - 1/26

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】繰り返し鋳型の作製に使用される再生砂
と、酸硬化性フラン樹脂からなる結合剤と、リン酸，縮
合リン酸，リン酸エステル及びリン酸塩よりなる群から
選ばれる１種又は２種以上のリン化合物系硬化触媒とを
含有し、該再生砂の灼熱減量比率と新砂の灼熱減量比率
の差は４．０重量％以下であり、且つ該再生砂中のリン
含量が０．００８〜０．５５重量％であることを特徴と
する鋳型成形用砂組成物。
【請求項２】再生砂中の窒素含量が０．００４〜０．
２２重量％である請求項１記載の鋳型成形用砂組成物。